基于采充现状的矿山全生命周期生产规划论证

鲁忠华，万串串

（1.中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055；2.北京矿冶科技集团有限公司，北京 100160）

矿山生产计划是指导矿山生产经营的一个重要依据，是矿山生产管理中不可缺少的重要部分，决策是否科学合理，直接影响到矿山企业是否能够持续、稳定均衡的生产，并且直接关系到企业的市场竞争力及盈利状况［1～3］。与一般工业生产过程相比，地下矿山的生产具有生产对象（矿岩体）属性的不确定性、采矿生产过程中作业场所的动态性和生产单元间的时空制约性等基本特征，因此，地下矿山的生产计划规划是一项复杂的系统工程。由于系统的复杂性，理论上很难得到最优的面向矿山实际开采条件的生产计划，即使理论上做到最优，但实际生产过程中受到各种制约因素的影响，也不可能完全按照最优的生产计划执行。因此，本文在约束条件与规划目标的基础上，提供一种技术上可行的生产规划方案，以满足该矿中部厚大矿体的实际生产需求。

1 矿山生产现状

某矿山初步设计方案确定的生产规模是200万 t／a，后扩建至300万 t／a，规划设计的中段主要有四个，即-230 m中段、-290 m中段、-350 m中段、-410 m中段。矿山首采中段是 -230 m中段，-290 m是首采中段的主运输水平。深部-290～-410 m中段采用双阶段并采，-410 m是深部开采中段的主运输水平。其中0～19线是矿体厚大区域，担负矿山的主要生产能力。矿山采用大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法开采，厚大部分区域采用垂直矿体走向布置，南、北部矿体较窄的区域采用沿矿体走向布置的方式。

目前0～19线-230 m中段已基本采充完成，深部矿房双阶段并采已全面铺开，部分矿房已采充完成，即将进入大规模矿柱采场回采阶段。为保障矿山可持续稳定生产，亟需对-230 m以下矿体进行开采规划。

2 生产能力论证范围

生产能力论证范围为0～19线-170～-395 m各中段内矿房矿柱采场。根据矿山采充现状资料可知，-170～-230 m中段大部分矿房矿柱采场采充结束，只留少部分矿柱采场正在开采或正在充填。-290～-395 m双中段大部分矿房采场采充结束，少部分矿房采场正在开采或正在充填，所有的矿柱采场目前尚未开采。-230～-290 m中段矿体原设计为隔离矿柱，除深部11R矿房采场自-395 m开采至-245 m水平外，其余都保留未开采状态。

3 采充数据统计

根据现场采矿技术人员统计，2019年1～3月井下正在生产采场的出矿量统计如图1所示。由于上部7P矿柱采场废石量占矿量一半左右，上部11P矿柱采场接近氧化带导致矿体顶板严重破碎，深部4R矿房采场废石量占比较大，因此上述三个采场不参与本次剩余矿量统计，正在生产采场的剩余矿量统计如图2所示，未生产采场的可采矿量统计见表1，目前井下充填采空区现状统计见表2。其中图1、图2，表2内“上部”是指 -170～-230 m中段，“深部”是指-290～-395 m双中段。

图1 井下正在生产采场出矿量统计（2019年1～3月）

图2 井下正在生产采场剩余矿量统计（截至2019年3月）

（续表1）

表1 井下未生产采场可采矿量统计（截至2019年3月）

（续表1）

（续表1）

综上所述，截至2019年3月，井下正在生产采场共出矿量56万 t，井下可采与剩余矿量合计3 027.21万t，井下待充采空区体积总量为108.8万m3，这些基础数据为下一步生产能力论证及生产计划规划提供了前提条件。

4 采矿方法及单个采场生产能力计算

4.1 采矿方法及回采顺序

由前述可知，目前还未开采的采场范围包括：-170～-230 m少部分采场，-290～-395 m少部分矿房采场、所有矿柱采场，-230～-290 m隔离矿柱等。

-230～-290 m中段前期作为隔离矿柱并未进行开采，随着生产的进行，亟需对该部分资源进行有效开采。由于-290 m中段是有轨运输水平，该水平尚未施工阶段出矿溜井，且由于矿体倾角较缓，自-290 m施工至-410 m矿石阶段溜井，脉外工程非常大，生产工艺衔接也较难，因此该中段资源的开采，要充分考虑工艺系统衔接的要求，减少系统工程投入，保障矿山生产的接续。为此，将-290 m中段继续作为上部采矿有轨运输水平，将-275 m中段作为该中段矿石出矿水平，即底部结构布置在-275 m中段。因此，-230～-290 m中段应施工-245 m凿岩水平、-275 m出矿水平。

表2 井下充填采空区现状（截至2019年3月）

-230～-245 m水平矿柱直接位于充填体下部，将面临上下均为充填体的情况，由于充填体存在沉缩特性，充填体接顶难度极大，因此水平矿柱回采采取“锯齿形”布置方式［4～6］。基于此，总体采用自下而上的开采顺序，-290～-395 m中段矿房采场采用高阶段回采，继而回采该矿房上部对应的-230～-275 m采场。-245～-395 m中段矿柱采场分三部分进行回采，分别是-350～-395 m、-275～-350 m、-245～-275 m采场。采矿方法沿用大直径深孔嗣后充填采矿法，具体回采示意如图3所示。

4.2 单个采场生产能力计算

深部矿房采场高度为105 m，深部矿柱采场高度分别为45 m、75 m。以下对深部单个矿房、矿柱采场生产能力（不含充填作业工序）进行计算，其中矿房、矿柱采场平均倾角45°，矿柱采场高度只考虑45 m时的情况，结果见表3。

图3 采矿总体规划示意图

表3 单个矿房矿柱采场综合生产能力计算

综合以上分析可知，在不计充填时间的前提下，单个矿房采场综合生产能力为1 060 t／d，单个矿柱采场综合生产能力为895 t／d，约900 t／d。按每年工作天数330 d计算，则单个矿房采场生产能力为349 800 t／a，单个矿柱采场生产能力为 297 000 t／a。

5 矿山合理生产能力验证

5.1 按开采条件验证的生产能力

按照-290～-395 m双中段考虑，该中段长918 m，大部分矿房采场处于正在回采或正在充填状态，少部分矿房采场已经采充结束，本次生产能力计算按照可布矿柱采场计算［7］。-290～-395 m双中段可布24个矿柱采场，根据隔三采一的开采顺序，因现有矿房采场部分采空区正在充填的情况，矿柱采场同时回采利用系数为0.3，并且受矿山采矿装备限制及合理生产周期要求的影响，因此同时回采矿柱采场数为7个，单个矿柱采场综合生产能力为900 t／d，则中段生产能力为 6 300 t／d，即中段生产能力维持在6 000～7 000 t／d之间是合理的。

5.2 按年下降速度验证矿山生产能力

由于-170～-230 m中段剩余矿量仅有148.5万t，矿量相对较少，因此主要以-230～-395 m各中段矿体的下降速度验证矿山生产能力。-230～-395 m各中段设计利用矿量为2 878.7万t，按照200万t／a的生产能力，-230～-395 m各中段服务年限约为15 a，则-230～-395 m各中段平均下降速度为11 m／a。正常中段的生产用5～9 a左右的时间［8，9］，能够满足下中段的开拓采准时间要求，由此可以确定200万t／a的生产规模是可以达到的。

综合考虑采场布置、服务年限和下降速度，推荐该矿0～19线的生产能力为200万t／a。

6 矿山生产计划规划

6.1 规划条件

1.总体规划原则：根据现阶段-275 m水平工程施工现状，按照先中间后两边的排产路线，严格遵守：（1）开采单元遵循“自下而上、自中间向两翼”开采顺序；（2）平面上遵循“隔三采一”的原则；（3）矿房、矿柱协同开采；（4）与现有开拓、采准、充填系统相衔接的原则；（5）考虑现有的采空区充填情况。

2.规划目标：根据-170～-395 m各中段可采／剩余矿量，按照每年200万t进行扣减，最后一年减产，直至-170～-395 m各中段开采完毕。

3.约束条件：（1）生产能力限制：第一年（2019年）按照后9个月计算生产能力，第二年恢复正常的生产能力，即2019年单个矿房生产能力为262 350 t／a，单个矿柱生产能力为 222 750 t／a；2019年以后单个矿房生产能力为349 800 t／a，单个矿柱生产能力为297 000 t／a，排产时分配的矿量不能大于上述指标；（2）本文排产不考虑具体采切时间，即规划的前期采场正在生产时，规划的后期采场即开始施工采切工程，确保前后生产的衔接；（3）排产时需充分考虑充填对采场正常生产的影响，规划的采场需在两边采场充填及养护（一般为28 d）结束后方可生产。

6.2 采充平衡计算

按照现有充填系统的能力，若能实现连续充填，两套充填系统的能力可达到3 500 m3／d（实方量），按照现有生产规模，矿山新增采空区充填量约为90万m3（全矿生产能力300万t／a）。老旧采空区实现完全充填的时间为：

对此，编排生产计划时，需在4 a内优先充填对正常采矿影响较大的采空区，以确保对采场排产的影响最小；4 a后由于充填能力大于采空区充填量，因此采空区充填对采场排产的影响弱化。

6.3 生产计划编排

根据规划原则，制定了全生命周期内矿房矿柱采场生产计划，见表4。前15年矿山生产能力稳定在200万 t／a，直至第 16年，生产能力降至约 83万 t／a；第14年开始深部开拓，保证后期生产的接续。

表4 全生命周期内矿房矿柱采场生产计划表

（续表4）

7 结 论

1.基于矿山生产现状条件，全面统计了井下正在生产采场出矿量、井下正在生产采场剩余矿量、井下未生产采场可采矿量、井下充填采空区现状，摸清了该矿各项生产数据，为下一步生产能力论证及生产计划规划提供了前提条件。

2.按开采条件与年下降速度两方面对矿山生产能力进行了验证，综合考虑采场布置、服务年限和下降速度，推荐该矿0～19线的生产能力为200万t／a。

3.按照矿山现有充填系统能力，老旧采空区实现完全充填需要约4 a时间，即在4 a内优先充填对正常采矿影响较大的老旧采空区，以确保对采场排产的影响最小。

4.根据总体规划原则，以规划目标为指导思想，制定了全生命周期内矿房矿柱采场生产计划，结果表明：该矿0～19线服务年限是16年，前15年稳产至200万 t／a，第16年生产能力降至83万 t／a。

综上所述，本文提供了一种基于矿山采充现状的全生命周期内生产计划编制案例，规划过程具有较强的可复制性，为类似矿山生产规划提供了较好的参考价值。